Реферат: О возможном способе возникновения сил природы и их связи между собой

Реферат: О возможном способе возникновения сил природы и их связи между собой

Иоганн Керн

В 1687г.  Исаак Ньютон объяснил движение небесных тел и многих земных явлений наличием притяжения всех тел друг к другу. С тех пор многие пытаются объяснить, каким образом два тела могут на расстоянии взаимодействовать друг с другом [1]. Примерно через 100лет эксперименты с электричеством и магнетизмом дали гораздо более ощутимые примеры взаимодействия тел на расстоянии. Это способствовало новой вспышке попыток объяснить дальнодействие. Однако все должны были удовлетвориться идеей  Фарадея о взаимодействии тел с силовым полем. Идея Фарадея была очень привлекательна в связи с тем, что поле, по крайней мере, электрическое и магнитное, можно было сделать видимым. Уравнения Джеймса Клерка Максвелла придали идее поля еще больше реальности.

Следующий шаг в попытке объяснения дальнодействия сделал  Альберт Эйнштейн. Свою идею о том, что вблизи тяжелых тел пространство может искривляться, он сумел выразить в математических уравнениях. Идея о возможной кривизне пространства нашла многих последователей, и особенно много – в области научно-фантастической литературы. Многие теоретики критикуют отчаянную смелость предположений Эйнштейна и считают их ошибочными. В [2, 3, 4] даны многие ссылки на авторов, критикующих те или иные аспекты теории Эйнштейна. В [5] на 15 страницах приведен список литературы, в котором примерно каждая вторая ссылка помечена звездочкой, которая обозначает книги, критикующие теорию относительности Эйнштейна. Большую часть своей жизни Эйнштейн посвятил разработке всеобщей теории поля, в которой должна была быть представлена связь между силами природы. Эту связь, наличие которой предполагал еще Фарадей, ему так и не удалось найти. Изложенные ниже предположения позволяют представить связь между силами природы, возможно, как раз ту, которую искали еще Фарадей и Эйнштейн.

Моделирование электрических сил

Простейший атом состоит из одного протона и одного электрона. Они притягивают друг друга. Два протона или, соответственно, два электрона, отталкиваются друг от друга. Причина: электроны заряжены отрицательно, а протоны – положительно. Уже это традиционное изложение может вызвать ложное представление. Слово заряжены будит впечатление, что здесь наличествует еще что-то, вызывающее эту заряженность. Однако это только принятый способ выражения, только словесный шаблон. С таким же правом можно сказать, что электрон и протон имеют различные свойства, например, своего рода асимметрию, которые каким-то образом приводят к тому, что электрон и протон притягиваются друг к другу. И наоборот, одинаковость свойств одинаковых элементарных частиц приводит к их отталкиванию друг от друга. В этой ситуации можно забыть, что электроны и протоны заряжены.

1. Предположения (гипотезы) и обозначения

Предположение 1. Представим себе, что электроны и протоны находятся в среде своего рода газа (эфира), состоящего из двух разнородных P- и E-частиц, летящих равномерно плотно со всех сторон во все стороны с одинаковой для всех скоростью. Друг с другом эти частицы никогда не сталкиваются, их свободный пробег бесконечен. (Аналогией этому могут служить два перекрещивающихся световых пучка от двух прожекторов, которые никак не влияют друг на друга).

Предположение 2. E-частицы зеркально отражаются от поверхности электрона при столкновении с ним, но свободно проходят сквозь протон, не испытывая никакой реакции. И наоборот, P-частицы зеркально отражаются от поверхности протона, но свободно проходят сквозь электрон.

Предположение 3. При прохождении E-частицы через протон происходит ее превращение (инверсия) в P-частицу и наоборот, при проходе P-частицы через электрон – ее превращение в E-частицу.

Представим теперь для удобства рассмотрения электроны и протоны в виде плоских зеркально гладких одинаковых по форме пластинок. (Этим не утверждается и не предполагается, что электроны и протоны имеют подобную форму. Их можно представлять и традиционно в виде небольших шариков, от этого ничего принципиально не изменится, но рассмотрение станет намного сложней и гораздо менее наглядным.) Пластинку-протон обозначим буквой P, а пластинку-электрон буквой E. Движение P-частиц обозначим лучами с одной стрелкой, а движение E-частиц – лучами с двойной стрелкой (со сдвигом стрелок вдоль луча).

2. Эффект отталкивания

При рассмотрении двух параллельно расположенных P-пластинок (двух протонов) можно установить (рис.1), что E-частицы, прошедшие снаружи сквозь одну из пластинок и превратившиеся при этом в P-частицу, могут покинуть пространство между пластинками только на краю одной из них потому, что теперь они будут отражаться от обеих пластинок. В зависимости от угла падения на пластинку они могут отражаться в пространстве между пластинками помногу раз (до бесконечности). При этом они оказывают на каждую пластинку изнутри давление, приводящее к возникновению сил отталкивания пластинок друг от друга.

Рис. 1. Схема возникновения электрических сил отталкивания

E-частицы, входящие в пространство между P-пластинками сбоку, проходят через одну из пластинок, не оказывая на них никакого воздействия.

P-частицы, так как они отражаются от P-пластинок, могут попасть в пространство между пластинками только сбоку. В зависимости от угла падения они покидают это пространство тотчас или же после одного или больше отражений. Эти частицы, казалось бы, могут внести свою долю в возникающую между пластинками силу отталкивания. Однако возникающие за их счет силы давления изнутри полностью уравновешиваются силами давления этих частиц на P-пластинки снаружи (Подробно последнее утверждение будет рассмотрено при обсуждении гравитации, рис.9). Таким образом можно утверждать, что силы отталкивания между P-пластинками вызываются только воздействием E-частиц.

Точно такой же процесс происходит в пространстве между E-пластинками с тем отличием, что P- и E-частицы меняются ролями.

Описанный процесс приводит к тому, что в пространстве между одноименными пластинками (между одноименными элементарными частицами) находится больше P- или E-частиц, чем снаружи, что приводит к отталкиванию одноименных пластинок друг от друга.

3. Эффект притяжения

При рассмотрении параллельно расположенных друг к другу P- и E-пластинок (рис.2) картина получается совершенно иная. Все E-частицы, проникающие в пространство между пластинками сквозь P-пластинку, превращаются в P-частичку и проходят сквозь напротив расположенную E-пластинку без силового воздействия на обе пластинки. То же самое происходит с P-частицами, проникающими в пространство между пластинками сквозь E-пластинку.

Рис. 2. Схема возникновения электрических сил притяжения

Частицы, проникающие в пространство между пластинками сбоку, т.е. без прохождения сквозь одну из них, отражаются от одной из пластинок не более одного раза и после этого покидают пространство между пластинками. Поэтому можно сказать, что в пространстве между пластинками образуется пустота, своего рода вакуум, так как ни одна из частиц не задерживается между ними. Снаружи же на P-пластинку действует полное давление P-частиц, а на E-пластинку – полное давление E-частиц. Поэтому разноименные пластинки притягиваются друг к другу.

4. Электроны и протоны являются одновременно кажущимися источниками и стоками P- и E-частиц

Можно себе представить, что основной поток P- и E-частиц невозможно заметить, так как он во всех направлениях и противонаправлениях одинаков. Это своего рода нулевой поток, который существует, но его невозможно измерить. При встрече (столкновении) с протоном или электроном возникает отклонение от основного потока P- и E-частиц, которое мы воспринимаем как электрическое поле протона или электрона и можем его измерить. Чтобы проще представить это полное отклонение от основного потока, мы представим отдельно его составляющие: P- отклонение от основного потока (состоящее из P-частиц) и E-отклонение от основного потока (из E-частиц).

Полное отклонение от основного потока содержит P- и E-частицы, отраженные от протона или электрона и P- и E-частицы, инвертированные после прохождения сквозь протон или электрон. К нему относятся также противопотоки потерянных потоков.

Потерянными потоками называются части основного потока, недостающие в нем в результате того, что часть потока была отражена от протона или электрона и потому не могла лететь дальше в составе основного потока или же была инвертирована при проходе сквозь протон или электрон и потому отсутствует в основном потоке в качестве не инвертированных частиц. Потерянные потоки непосредственно регистрироваться не могут, но могут быть восприняты равными по величине и противоположными по направлению как части полного отклонения от основного потока. Чтобы получить противопоток потерянного потока надо к основному потоку добавить потерянный поток, а чтобы ничего не изменилось, добавить также равный по величине, но противоположный по направлению поток. Потерянный поток является частью основного потока и будет незаметен. Противопоток же является частью потока отклонения от основного потока и может быть зарегистрирован (измерен) как часть электрического поля протона или электрона.

Рис. 3. Р-отклонение от нулевого потока вызывает впечатление соответственно источника и стока Р-частиц: a) вызванное одиночным протоном; б) вызванное одиночным электроном

P- отклонение от изотропного основного потока P- и E-частиц, происходящее от единичного протона и единичного электрона, показано на рис.3. E-частицы на этом рисунке не показаны. Лучи, которые мы видим исходящими из протона, и образующие кажущийся исток P-частиц, состоят частично из отраженных P-частиц и частично из прошедших сквозь протон E-частиц и превратившихся при этом в P-частицы. Противопоток потерянного за счет отражения от протона P- частиц потока со статической точки зрения является противоположным по знаку потоку отраженных P-частиц и нейтрализует его. Противопоток инвертированных при прохождении через протон E-частиц также является потоком E-частиц и потому на рис.3 не показан. Поэтому можно сказать, что поток исходящих из протона P-частиц и превращающих протон в кажущийся источник P-частиц, образован инвертированными при прохождении сквозь протон E-частицами.

P-частицы, превратившиеся при прохождении через электрон в E-частицы, на рис.3 не показаны. Противопоток же потерянного при этом за электроном потока P-частиц является потоком P-частиц, входящих в электрон (рис.3) и образующих кажущийся сток P-частиц. Таким образом, протон вызывает P-отклонение от основного потока в виде кажущегося источника P-частиц, а электрон – в виде кажущегося стока P-частиц.

P-отклонение от основного потока показано на рис.3 в очень увеличенном виде. Поэтому лучи проходят через центр протона или электрона только случайно. Если же электрон и протон представить в виде точек (рис.4), то мы получим обычную симметричную относительно центра картину, идентичную электрическому полю одиночного протона и электрона и соответствующую одному из уравнений:

divP=ρ(источник) или divE=–ρ (сток).

Рис. 4. Издали источник и сток кажутся симметричными относительно центра

Представленная на рис.3 картина соответствует только одной части отклонения от основного потока – P-отклонению. Если теперь на рис.5 мы представим E-отклонение от основного потока (лучи с двойной стрелкой), то все будет наоборот: протон станет кажущимся стоком E-частиц, а электрон – источником.

Рис. 5. Е-отклонение от нулевого потока вызывает противоположное впечатление: а) протон кажется стоком; б) электрон кажется источником

E-частицы проходят сквозь протон и превращаются в P-частицы, которые здесь (рис.4) не показаны. Потока E-частиц, летевших в направлении протона, недостает в основном потоке за протоном. Этот недостаток отражается в виде противопотока E-частиц, летящих в направлении протона и образующих кажущийся сток E-частиц. P-частицы, отражающиеся от протона, на рис.4 не показываются, точно также, как и противопоток недостающего за протоном потока P-частиц, нейтрализующего отраженный поток P-частиц. Они показаны на рис.3.

E-частицы, летящие в направлении электрона, отражаются от него и могли бы представить видимость источника E-частиц. Однако они нейтрализуются противопотоком недостающего за электроном потока E -частиц. К созданию кажущегося источника E-частиц (рис.4) привносят свою долю только P-частицы, прошедшие сквозь электрон и превратившиеся при этом в E-частицы. Противопоток недостающего потока, образованного инвертированными частицами, является потоком P-частиц и показан только на рис.3.

Если теперь объединить результаты, представленные на рисунках 3 и 4, то мы придем к выводу, что нахождение протона в основном нулевом потоке P- и E-частиц приводит к созданию одновременно кажущегося источника P-частиц и кажущегося стока E-частиц; и наоборот, нахождение электрона в основном нулевом потоке P- и E-частиц приводит к созданию одновременно кажущегося источника E -частиц и стока P-частиц.

Отклонение от основного нулевого потоке P- и E-частиц вблизи протона или электрона хотя и представляет одновременно противонаправленные потоки источника и стока, однако мы можем их заметить и измерить в виде электрического поля. Отсюда становится очевидным, что противонаправленные потоки Р- и Е-частиц не могут нейтрализовать друг друга.

Хотя протон и электрон оба образуют одновременно источник и сток, они остаются асимметричными друг к другу. Можно принять соглашение, что математически отклонение от основного потока, вызванное протоном, представляется в виде уравнения

divP=±ρ,

а отклонение от основного потока, вызванное электроном, уравнением

divE = μc,

подразумевается, что верхний знак (+) или (–) относится к P-отклонению от основного потока, а нижний знак – к E-отклонению.

Из того, что отклонение от основного потока, вызванное электроном или протоном, выглядит как наложение знакомых нам электрических полей электрона и протона, можно сделать заключение, что их действие на пробное тело будет обратно пропорционально квадрату расстояния от них. Однако это можно доказать и другим путем.

В то время как отклонение от основного потока, вызванное отдельным электроном или протоном, выглядит почти идентичным изображению их известных электрических полей, этого никак нельзя сказать об отклонении от основного потока, вызванное диполем, т.е. например, электроном и протоном вместе. Если же мы вычислим силовое поле, действующее со стороны электрона и протона на условное пробное тело, то оно окажется совершенно аналогичным полю электрического диполя. Но электрические линии поля исторически были представлены как раз на основе эксперимента или же на основе вычисления поля сил двух разнородно заряженных тел. Т.е. теория электростатики всего-навсего «шкандыбала» вслед за экспериментом. Да и представление положительного заряда в виде источника было произвольным. С равным правом его могли обозначить и в виде стока.

5. Возникающие электрические силы соответствуют закону Кулона

В разделах 2 и 3 были смоделированы силы притяжения и отталкивания электрически заряженных пластинок. Т.к. эти силы возникают в результате воздействия P- и E-частиц на указанные пластинки только тогда, когда эти частицы вступают в контакт последовательно сперва с одной пластинкой, а затем со второй, то эти силы должны быть пропорциональны телесному углу, под которым одна пластинка видна со стороны второй. Это означает, что эти силы должны быть пропорциональны обратному квадрату расстояния между пластинками.

Рис. 6. Возникающие электрические силы подчиняются закону Кулона

Движение отраженных от электрона E в теле A (рис.6) или прошедших сквозь него P- и E-частичек совершенно не зависит от наличия в пространстве других электронов или протонов, по крайней мере, до столкновения с ними. Это означает, что электрическое взаимодействие электрона E в теле A с протоном P в теле B не зависит от наличия других протонов или электронов в телах A и B при условии, что они не заслоняют собой электрон E или протон P. (Последнее условие можно считать практически всегда выполненным, так как нам известно, что электроны и ядра атомов занимают ничтожную часть пространства.) И наоборот, электрическое взаимодействие протона P в теле B с электроном в теле A не зависит от наличия других протонов или электронов в телах A и B. Отсюда следует, что все отдельные взаимодействия независимы друг от друга и что при расчете взаимодействия двух тел необходимо складывать все отдельные взаимодействия элементов одного тела с элементами другого тела. Другими словами, сила взаимодействия между двумя телами пропорциональна произведению зарядов этих тел. (На рис.6 два электрона одного тела взаимодействуют независимо друг от друга с тремя протонами другого тела. В результате со стороны каждого тела в сторону другого направлены 2∙3=6 одинаковых по величине и направлению сил, т.е. пропорционально произведению двух отрицательных на три положительных заряда. Расстояние между телами следует считать большим по сравнению с размерами тел, тогда направления действия сил можно считать одинаковыми.)

Таким образом показано, что смоделированные электрические силы подчиняются закону Кулона. Так как в настоящее время принято считать, что магнитные силы и поля вызваны движением электрических зарядов, то можно утверждать, что и магнитные силы вызываются потоками P- и E-частиц. Однако представляется маловероятным доказать это с помощью наглядного рисунка. Скорость P- и E-частиц можно определить из сущности метода построения отклонения от основного нулевого потока, т.е. электрического поля. Любые изменения электрического поля в результате перемещения зарядов распространяются со скоростью перемещения электромагнитных волн. Эта скорость должна соответствовать скорости P- и E-частиц.

Моделирование ядерных сил

Если таким же образом, как взаимодействие двух P-пластинок, рассмотреть взаимодействие двух протонов, которые, как обычно, представлены в форме двух шарообразных тел, то возникающие отталкивающие их друг от друга силы особенно наглядно заметны, когда протоны уже почти соприкасаются друг с другом (рис.7а,б). Они возникают, в основном, в самом узком месте между шарами за счет многократного отражения попавших в это пространство P-частиц.

Страницы: 1, 2